На канале Kurzgesagt видеохостинга YouTube появился ролик, на котором ученые рассказали о возможном механизме уничтожения Вселенной, которое может произойти в результате распада ложного вакуума, передает со ссылкой на Автор ролика рассказывает о распаде ложного вакуума, как о спонтанном процессе, который может происходить как мгновенно так и постепенно. Но чтоб ещё и ложный вакуум, и чтобы он ещё и распадался — до такого извращения даже мы не доходили. Многие российские СМИ новости вроде «Физики увидели распад ложного вакуума». Гибель Вселенной может наступить из-за распада так называемого ложного вакуума, гласит одна из научных теорий.
Вакуумный распад: конец света уже наступил?
Согласно лучшим моделям эволюции Вселенной, наиболее вероятным сценарием является то, что называется Большой заморозкой. Если расширение не прекратится в течение многих лет, то все объекты будут находиться слишком далеко друг от друга. Процесс этот растянется на триллионы лет. На одном из финальных этапов в космосе останутся только чёрные дыры, но и они не вечны. Рано или поздно даже частицы перестанут взаимодействовать друг с другом, а материя и свет уйдут в прошлое. Большой разрыв. Похожий сценарий приводит к гораздо более драматичной смерти, причём гораздо раньше.
Нас не должно это удивлять, в MWI ветви разделяются еще сильнее даже в рамках минут и секунд. Тем не менее интересно проследить, а когда в среднем было последнее событие такого рода? Это можно сделать по формуле: Значение, которое мы получаем довольно странное для выбранного нами наобум D — около 100 миллионов лет. Впрочем, на самом деле это не удивительно, так как 4-объем конуса растет очень быстро к основанию. То есть опасность, которая нас подстерегает исходит не от случайно развалившегося 4 года назад вакуума в Альфа Центавра, а в том, что нас накроет волной разложения, которая дошла до нас из далеких глубин Вселенной. Насколько быстро мы разлагаемся? Для оценки возьмем производную n по t, и получим: Для нашего значения D величина n увеличивается на 0. Аргумент Судного Дня Опять таки, не буду пересказывать вики. Так как тел куда больше к концу существования цивилизации, вероятность родиться в Римской империи очень мала. Мы применяем инвертированный аргумент судного дня к цивилизациям причем при расхождении времени развития разных цивилизаций в миллионы лет эффект начинает проявляться с куда более низких значений D. То есть, вероятность родиться в поздней цивилизации ничтожна. То есть мы родились в первой, и пока единственной цивилизации! Опрос В статье вики приведены различные варианты решения проблемы.
Ученые впервые зафиксировали распад ложного вакуума в эксперименте 26-01-2024, 12:42 Автор: Наталья Селезнева Международная группа ученых впервые экспериментально подтвердила процесс распада ложного вакуума, что стало значительным прорывом в области квантовой физики. Результаты их исследования были опубликованы в журнале Nature Physics. Ложный вакуум в квантовой теории поля — это состояние с низким уровнем энергии, которое считается относительно стабильным, но способно переходить в состояние истинного вакуума с еще более низким уровнем энергии. Такой переход обычно осложнен высоким энергетическим барьером, но возможен благодаря квантовомеханическому туннелированию, в результате которого в ложном вакууме появляются пузырьки истинного вакуума.
Если распад вакуума произойдет в каком-то месте космоса, это событие породит пузырь, расширяющийся во все стороны со скоростью света и уничтожающий всё на своем пути. На самом деле вполне возможно, что пока мы тут сидим и спокойно пьем чай, распад вакуума где-то уже происходит. Может быть, нам повезло, и пузырь находится за пределами нашего космического горизонта, поглощая галактики, о которых мы ничего не знаем. А может быть, он произошел по космическим меркам прямо по соседству, и уже тихо подкрадывается, чтобы застать нас врасплох. Нарываясь на неприятности Однако переживать по поводу возможного распада вакуума не стоит. В самом деле. По нескольким причинам. Среди них есть и очевидные: вы не сможете остановить этот процесс, если он начнется; вы не сумеете предсказать его начало; судя по всему, вам не будет больно; кроме того, скучать по вам в любом случае будет некому, так что какой смысл беспокоиться? Лучше проверьте батарейки в пожарной сигнализации, добейтесь закрытия угольных электростанций или что-нибудь в этом роде. Но если по какой-то причине эти доводы не кажутся вам достаточно обнадеживающими, я могу с достаточной степенью уверенности заявить, что распад вакуума вряд ли произойдет в течение следующих триллионов лет. Теоретически он может быть вызван несколькими причинами. Самой очевидной является некое высокоэнергетическое событие, которое можно представить в виде землетрясения, выбивающего камешек из углубления в склоне и позволяющего ему отправиться на дно долины. К счастью, «землетрясение» такой невообразимой силы маловероятно. По нашим оценкам, это событие должно быть гораздо более высокоэнергетическим, чем самые разрушительные из наблюдаемых нами космических взрывов, и безусловно на много порядков превосходить все то, что мы способны устроить с помощью таких созданных человеком машин, как Большой адронный коллайдер. Если у нас когда-либо опять возникнут подобные опасения, мы всегда можем вновь сослаться на тот факт, что столкновения частиц в космосе достигают и всегда достигали гораздо более высоких уровней энергий, чем те, которые способен обеспечить БАК или любая другая машина. Раз уж мы пережили их последствия, значит, наши современные ускорители частиц точно не представляют никакой опасности. Сложность вызова события, обладающего достаточно высокой энергией для инициирования распада вакуума, обусловлена высотой потенциального барьера между ложным и истинным вакуумом. Если вернуться к аналогии с камешком, застрявшим в углублении склона долины, то потенциальный барьер — это выступающая кочка, придающая этому углублению форму кармана. Согласно нашему лучшему предположению относительно формы потенциала поля Хиггса, этот карман довольно глубок и отделен от минимума, соответствующего истинному вакууму, высоким горным хребтом. Количество энергии, которое потребовалось бы для того, чтобы перебросить камешек через хребет или заставить поле Хиггса преодолеть его потенциальный барьер , настолько велико, что об этом не стоит беспокоиться. Вот только… мы живем во Вселенной, которая не подчиняется подобным правилам. В основе нашего космоса лежит квантовая механика, а она говорит о том, что если вы существуете в субатомном масштабе, путь, по которому вы добираетесь из одного места в другое, изредка может быть проложен прямо сквозь твердые объекты. Если вы стоите перед стеной, то вместо того, чтобы перепрыгивать через нее, вы можете просто пройти насквозь. Особенно если вы являетесь полем Хиггса. Туннелирование в бездну Идея квантового туннелирования может показаться научно-фантастической или сугубо теоретической концепцией, с которой забавляются физики, записывая непонятные уравнения. Квантовая механика действительно говорит о том, что мы никогда не можем точно определить, где находится частица или по какой траектории она движется. Поэтому для того, чтобы математика сработала, нужно выполнить вычисления для всех траекторий, включая самые странные, предполагающие, что частица перемещается из одной части лаборатории в другую через кофейню, находящуюся в другом городе. Однако это не значит, что частица действительно так делает, верно? Оказалось, что на вопрос о том, как на самом деле ведет себя частица, ответить очень трудно. Именно поэтому ученые на протяжении многих десятилетий спорили по поводу интерпретаций квантовой механики. То, как частица путешествует между точками А и Б, по-прежнему остается в некотором смысле загадкой, как и то, почему, будучи небольшим локализованным объектом, частица подчиняется математике, описывающей распространяющиеся в пространстве волны. Тем не менее данные, с которыми согласны все, очень ясно дают понять, что туннелирование сквозь, казалось бы, непроходимые барьеры случается регулярно. Если уж частица оказалась зажатой в каком-то промежутке, стена ее не остановит. Подобное мастерство побега настолько характерно для частиц, что люди, разрабатывающие такие устройства как сотовые телефоны и микропроцессоры, вынуждены учитывать вероятность, что какой-нибудь электрон может внезапно материализоваться на другой стороне чипа. Это свойство даже применяется в некоторых технологиях, включая флеш-память. А сканирующие туннельные микроскопы используют так называемый туннельный ток для получения изображений отдельных атомов исследуемой поверхности. Свойство электронов перепрыгивать через короткие промежутки или протискиваться сквозь изоляционные барьеры может показаться хорошим трюком, однако все становится гораздо более зловещим, когда вы понимаете, что на квантовое туннелирование способны не только частицы, но и поля. Например, поле Хиггса, отделенное от состояния истинного вакуума потенциальным барьером, может туннелировать прямо в него. Как только вы это осознаете, единственная граница, отделяющая нашу гостеприимную Вселенную от тотальной космической катастрофы, покажется вам гораздо менее солидной. Хорошая в некотором роде новость заключается в том, что даже такое странное событие, как квантовое туннелирование, следует определенным правилам, по крайней мере, когда речь идет об ожидаемой частоте его наступления. Вероятность туннелирования зависит от физических характеристик системы, а это означает, что вероятность наступления такого события в течение заданного периода времени можно достаточно точно определить. Разумеется, на это способен далеко не каждый. Но какой бы сложной ни была квантовая механика для понимания или интерпретации, она, по крайней мере, позволяет производить расчеты. Однако эти расчеты не дают нам ничего более определенного, чем оценка вероятности. Мы не можем с уверенностью заявить, что поле Хиггса не туннелирует из ложного вакуума в истинный и не создаст квантовый пузырь смерти прямо рядом с вами в течение следующих 30 секунд, запустив процесс всеобщего уничтожения. Мы можем сказать лишь то, что такой сценарий крайне маловероятен. Во всяком случае, в части «следующих 30 секунд». Если наш вакуум действительно является метастабильным, то, строго говоря, этот пузырь однажды должен возникнуть. Согласно лучшим из имеющихся оценок, наш уютный вакуум вряд ли подвергнется радикальному изменению в ближайшее время, — на данный момент этот период оценивался в 10100 лет. К тому времени мы, вероятно, будем находиться в процессе тепловой смерти, а если нам совсем не повезет, — переживать Большой разрыв. В последнем случае мгновенное безболезненное уничтожение может показаться не таким уж плохим вариантом. Итак, технически я не могу утверждать, что распад вакуума не может произойти в любой момент. Я также не могу сказать наверняка, что это уже не случилось где-то в Солнечной системе, в другой части Млечного Пути или в другой галактике и не породило расширяющийся со скоростью света пузырь, тихо приближающийся к нам прямо сейчас. Однако если паранойя все-таки не дает вам покоя, я могу заверить вас в том, что у вас гораздо больше шансов быть пораженным молнией, попасть под машину, сгинуть под копытами разбушевавшегося быка или получить по голове метеоритом, чем столкнуться с пузырем истинного вакуума. Но есть еще одно обстоятельство. Мы уже сказали, что не можем вызвать распад вакуума, сталкивая частицы высокой энергии, а спонтанное туннелирование настолько маловероятно, что нам, пожалуй, стоит просто забыть о нем. Однако недавно физики описали еще один вариант уничтожения Вселенной вследствие распада вакуума и, надо сказать, довольно интересный. Маленькая, но смертоносная В 2014 году Рут Грегори, Ян Мосс и Бенджамин Уизерс, опираясь на предыдущие работы в этой области, опубликовали статью, которая привлекла мое внимание. В ней говорилось о том, что хотя спонтанный распад вакуума происходит очень медленно, присутствие черной дыры может значительно ускорить этот процесс и сделать его более интересным. Они утверждали, что настоящую опасность представляет маленькая черная дыра, поскольку черные дыры размером с частицу способны значительно повысить вероятность распада вакуума прямо над ними. Может быть, нам и не придется ждать 10100 лет. В данном случае процесс напоминает конденсацию воды на пылинке в комнате с влажным воздухом или формирование облаков в верхних слоях атмосферы. Пылинка представляет собой место зарождения — особую точку, в которой этот процесс происходит легче, чем в других. Молекулам воды будет проще соединиться друг с другом, если сначала они прикрепятся к чему-то еще. Таким образом, наличие примеси может запустить цепную реакцию там, где в противном случае ситуация могла бы оставаться прежней. Оказывается, крошечные черные дыры могут выступать в качестве места зарождения пузырей истинного вакуума, но только в том случае, если они действительно очень маленькие. К счастью для Вселенной, наше текущее понимание гравитационной физики говорит о том, что формирование таких черных дыр крайне маловероятно. Согласно нашим оценкам, черные дыры могут образоваться лишь при наличии массы, превышающей солнечную, в результате коллапса массивной звезды в конце ее жизненного цикла. Такие черные дыры могут увеличить свою массу путем поглощения вещества или слияния друг с другом, однако сокращение размера — это совсем другое дело. Они могут терять массу лишь за счет испарения Хокинга, а это занимает очень много времени. Черная дыра, масса которой равна солнечной, имеет ожидаемое время жизни около 1064 лет. В какой-то момент ближе к концу этого периода черная дыра может стать достаточно маленькой для того, чтобы спровоцировать распад вакуума, однако нам еще очень долго не придется беспокоиться по этому поводу. Также было высказано предположение, что в ранней Вселенной крошечные черные дыры могли образовываться под влиянием чрезвычайно высокой плотности, характерной для стадии Горячего Большого взрыва, но пока у нас нет никаких свидетельств в пользу этой гипотезы. Однако если бы маленькие черные дыры действительно возникали и были способны дестабилизировать вакуум, нас бы здесь не было. Таким образом, если мы принимаем во внимание этот довод и допускаем вероятность распада вакуума, то мы должны признать ошибочной любую теорию, предполагающую формирование крошечных черных дыр в ранней Вселенной, просто на основании факта нашего существования. Некоторые ученые просто ради интереса размышляют о возможных способах создания таких маленьких черных дыр. Идея эта не нова. Помимо того, что они «ужасно милые» в теоретическом смысле, эти миниатюрные монстры могут многое рассказать нам о действии гравитации, об их возможном испарении и даже о существовании дополнительных невидимых нам измерений пространства. На протяжении многих лет физики изучали данные с ускорителей частиц, надеясь обнаружить признак того, что в результате одного из столкновений протонов в небольшом пространстве образовалось достаточно энергии для возникновения микроскопической черной дыры. Такая черная дыра, если и образуется, должна быть безвредной по традиционным представлениям, не учитывающим возможность распада вакуума. Согласно теории, она должна немедленно испариться под действием излучения Хокинга, и даже если этого не произойдет, она, скорее всего, унесется от нас с релятивистской скоростью, поскольку нацеливание нельзя выполнить настолько точно, чтобы после столкновения частицы полностью остановились. Кроме того, чтобы столкновения в коллайдерах могли породить крошечные черные дыры, гравитация, действующая на субатомные частицы, должна оказаться сильнее, чем предполагают эйнштейновские законы гравитации. И, насколько нам известно, такое может случиться лишь при наличии дополнительных измерений пространства. Достаточно лишь сказать, что существование более трех пространственных измерений может усилить гравитацию в очень малых масштабах, сделав возможным формирование маленьких черных дыр в результате столкновений в ускорителе БАК. Таким образом, если нам удастся создать черную дыру с помощью БАК, мы получим доказательство того, что пространство имеет больше измерений, чем мы думали.
СОДЕРЖАНИЕ
- Открытие распада ложного вакуума: ученые получили доказательства | 24.01.2024 |
- Позитроны укажут на распад вакуума при столкновении тяжёлых ионов
- Новости дня
- Главное сегодня
- Исследование открывает новые возможности в понимании ранней Вселенной.
Итальянские физики смоделировали и экспериментально подтвердили возможность распада ложного вакуума
Речь идет о потенциальном процессе, известном как распад ложного вакуума. Ученые наглядно показали, как распад ложного вакуума может уничтожить Вселенную. Ученые показали возможный механизм смерти Вселенной в результате распада ложного вакуума.
Распад ложного вакуума: вводный обзор
Эти столкновения внутри детекторов должны сопровождаться всплесками энергии, мощность которых достаточна для воссоздания условий Горячего Большого взрыва, имевших место спустя всего несколько наносекунд после рождения Вселенной. Ученые надеялись, что БАК поможет лучше изучить не только условия ранней Вселенной, но и саму структуру материи и энергии. Более ранние эксперименты показали, что законы физики энергозависимы, то есть поведение частиц и действие сил зависит от окружающих условий, поэтому столкновение частиц высоких энергий позволило бы ученым исследовать границы нашего понимания законов физики. Однако в поле зрения ученых маячил и более заманчивый приз. До этого физики на протяжении десятилетий теоретизировали по поводу существования частицы, настолько важной для понимания материи, что ее открытие должно было завершить Стандартную модель физики элементарных частиц. Бозон Хиггса, если бы он был обнаружен, позволил бы подтвердить ведущую теорию, объясняющую, как фундаментальные частицы могли обрести массу на ранней стадии развития Вселенной. Кроме того, мы надеялись, что это даст нам некоторое представление о физических законах, действующих за пределами нашей нынешней сферы исследований. Но сама перспектива изучения неизвестных областей реальности вселяла страх в сердца некоторых людей. Никто и никогда не производил столкновений частиц такой высокой энергии. Никто не знал, как законы физики поведут себя в таких условиях.
По Всемирной паутине начали распространяться наихудшие сценарии развития событий. Кто-то предполагал, что установка откроет портал в другое измерение, разорвав саму ткань пространства. Кто-то говорил о возможном возникновении крошечной черной дыры, которая начнет расти и в итоге поглотит всю планету. Кто-то боялся, что в результате будет создана так называемая странная материя — своеобразное вещество, состоящее из странных, верхних и нижних кварков, что, по мнению некоторых, могло запустить цепную реакцию в стиле «лед-девять» в книге Курта Воннегута «Колыбель для кошки» рассказывается о создании новой формы вещества под названием «лед-девять», которая более стабильна по сравнению с жидкой водой. Соприкоснувшись с частицей льда-девять, вода и сама превращается в это вещество, что создает угрозу существованию жизни на Земле. Однако физиков это не остановило. В ноябре 2009 года на ускорителе БАК произвели первые столкновения протонов высокой энергии. Из того, что жизнь на этой планете все еще существует, следует, что ни одна из предполагаемых катастроф так и не произошла. Если вы все еще волнуетесь, можете отслеживать ситуацию в режиме реального времени на сайте: www.
Был ли этот эксперимент оправдан, учитывая потенциальные риски? Физиков нельзя назвать самыми осторожными людьми, однако изучение сценариев типа «что, если» — это наш хлеб насущный, кроме того, возможность глубоко подумать о реальной физике, стоящей за гипотетической вероятностью всеобщего уничтожения, было бы очень жаль упускать. RHIC The Relativistic Heavy Ion Collider — это релятивистский коллайдер тяжелых ионов, предшественник БАК, расположенный в Брукхейвенской национальной лаборатории, который был предназначен для столкновения ядер тяжелых элементов вроде золота при высоких энергиях. Сам по себе этот новаторский эксперимент вызывал беспокойство по поводу непредвиденных последствий, которые могли представлять угрозу существованию планеты или Вселенной , и цель написания этой статьи заключалась в том, чтобы полностью исследовать и по возможности развеять эти опасения. Полученные результаты были обнадеживающими. Основываясь на теоретических соображениях, исследователи оценили возможность создания странной материи или черных дыр как крайне маловероятную. Кроме того, их выводы подкреплялись и экспериментальными данными, а именно существованием Луны. Аргументация в пользу любого потенциально разрушительного явления, порожденного коллайдером, основывается на идее о том, что столкновения частиц такой высокой энергии настолько беспрецедентны, что мы не можем предугадать их последствий. Однако при этом игнорируется важный факт: несмотря на то что уровни энергии, достигаемые на RHIC и БАК, непривычны для нас, жалких людишек, космические лучи, путешествующие по Вселенной, постоянно их достигают и сталкиваются между собой и с другими объектами.
На протяжении миллиардов лет по всей Вселенной происходили столкновения при гораздо более высоких энергиях, чем может обеспечить любой из наших коллайдеров, и если бы они могли привести к разрушению космоса, мы бы наверняка это заметили. Что если по всему космосу разбросаны скопления странной материи, а мы просто этого не знаем? Несмотря на то что в большинстве случаев частицы, произведенные в коллайдере, по нашему мнению, обладают остаточным импульсом, который позволяет им покинуть лабораторию сразу после возникновения, в ходе экспериментов мы вполне можем получить нечто опасное, способное задержаться в детекторе. Что тогда? К счастью, для исследования этих эффектов мы можем использовать Луну. Данные, полученные от наземных детекторов и космических телескопов, говорят о том, что высокоэнергетические космические лучи бомбардируют Луну постоянно. На самом деле, благодаря радиотелескопам мы можем использовать Луну даже в качестве детектора нейтрино, что само по себе довольно здорово. Если бы столкновения частиц высоких энергий могли превратить обычное вещество в странную материю, это уже давно произошло бы на Луне, и сейчас в небе мы бы видели совершенно другой объект. Если бы на Луне образовалась крошечная черная дыра и поглотила ее, это также повлияло бы на вид ночного неба.
Не говоря уже о том, что люди были на Луне, гуляли по поверхности, играли в гольф и привезли оттуда образцы грунта. Судя по всему, Луна прекрасно себя чувствует, поэтому авторы работы, посвященной RHIC, были уверены, что ускоритель не представляет для нас опасности. Правда, странная материя и черные дыры были не единственными сценариями апокалипсиса. Еще одно опасение, которое также удалось развеять путем наблюдения за высокоэнергетическими космическими лучами, заключалось в том, что столкновения частиц высоких энергий могут вызвать разрушительное для Вселенной квантовое событие под названием «распад вакуума». Эта идея основывается на гипотезе о том, что нашей Вселенной присуща некая фатальная нестабильность. Несмотря на то что такой сценарий может показаться пугающим, каким бы маловероятным он ни был, на момент ввода RHIC в эксплуатацию реальные доказательства существования такой нестабильности отсутствовали, поэтому данная возможность не рассматривалась всерьез. Однако все изменилось в 2012 году, когда с помощью ускорителя БАК был обнаружен бозон Хиггса. Состояние Вселенной Вернейший способ заставить специалиста по физике элементарных частиц поморщиться — это назвать бозон Хиггса «частицей бога», как он известен широкой публике. Недовольство ученых по поводу этого высокопарного прозвища вызвано не только смешением науки и религии хотя некоторых именно это раздражает больше всего.
Дело в том, что название «частица бога» ужасно неточное и, надо сказать, довольно дерзкое. Это не отменяет огромной важности бозона Хиггса для Стандартной модели физики элементарных частиц. Можно даже утверждать, что именно он является ключом к объединению всего остального. Однако центральную роль в работе физики элементарных частиц и в природе космоса играет поле Хиггса, а не частица. Если коротко, поле Хиггса представляет собой пронизывающее все пространство энергетическое поле, при взаимодействии с которым другие частицы обретают массу. Бозон Хиггса имеет такое же отношение к полю Хиггса, как фотон, переносчик электромагнитного взаимодействия и света , к электромагнитному полю, — это локализованное «возбуждение» чего-то, что пронизывает обширное пространство. Более длинная версия этой истории имеет отношение к электрослабой теории, которая объединяет слабое взаимодействие с электричеством и магнетизмом, а также к разделению этих сил вследствие так называемого спонтанного нарушения симметрии. Здесь я вынуждена совершить над собой героическое усилие и вместо подробного описания квантовой теории поля ограничиться обсуждением нескольких ключевых вопросов. Однако имейте в виду, что если вы решите изучить математику, стоящую за всем этим, вы увидите, что все намного круче.
Физика работает по-разному в зависимости от уровня энергии. Например, электромагнетизм и слабое взаимодействие проявляются как совершенно независимые феномены на тех уровнях энергии, с которыми мы имеем дело в повседневной жизни, однако в ранней Вселенной, для которой были характерны очень высокие уровни энергии, эти силы представляли собой аспекты одного и того же явления. Поле Хиггса играло важную роль во время этого переходного периода. Когда условия изменились, то же произошло и с законами физики. Во многом именно для этого мы и создаем ускорители частиц: чтобы воссоздать в небольшом пространстве внутри детекторов экстремальные условия, характерные для начальных стадий развития Вселенной, с помощью которых мы могли бы лучше понять основополагающие физические принципы, сводящие всё воедино. Основная идея заключается в существовании некой всеобъемлющей математической теории, описывающей взаимодействия частиц при всех возможных условиях, и последовательное проведение их столкновений позволяет нам получить более полное представление об этой всеобъемлющей структуре. В качестве аналогии можно привести воду. На самом фундаментальном уровне она представляет собой набор молекул, состоящих из определенным образом связанных атомов водорода и кислорода. Но в повседневной жизни мы воспринимаем воду в качестве однородной бесцветной жидкости, кристаллического твердого вещества, а в особенно тяжелые времена — в качестве удушающего влажного тумана, который заставляет вас мечтать об одежде, сшитой из полотенец.
Изучая поведение воды в этих различных состояниях, мы можем сделать выводы о том, что она на самом деле собой представляет, даже если у нас под рукой нет мощных микроскопов, позволяющих рассмотреть отдельные атомы. Например, форма снежинки может многое рассказать нам о форме молекул, если мы посмотрим, как они организуются в кристаллы. То, как вода испаряется, кое-что говорит нам о связях, которые удерживают молекулы вместе. Если бы мы имели дело с водой лишь в одном из ее агрегатных состояний, мы не смогли бы составить о ней полного впечатления. Точно так же наше представление о взаимодействиях субатомных частиц меняется в зависимости от уровня энергии или температуры во время эксперимента, варьирование которых позволяет нам лучше понять, что с ними на самом деле происходит. В физике элементарных частиц нас интересует, как частицы взаимодействуют друг с другом и чем обусловлены их фундаментальные свойства, такие как масса. Характерная особенность любой частицы, обладающей массой, состоит в том, что она не может ускориться без применения силы и не способна достичь скорости света. На самых ранних этапах существования Вселенной поле Хиггса подверглось изменению, в результате которого электрослабое взаимодействие разделилось на электромагнетизм и слабое ядерное взаимодействие, и некоторые частицы правда, не фотон и не глюон получили возможность взаимодействовать с самим полем Хиггса. Интенсивность этого взаимодействия определяет массу частицы.
Фотон продолжает путешествовать в пространстве со скоростью света, а частицы, обладающие массой, движутся тем медленнее, чем более сильное воздействие они испытывают со стороны поля Хиггса. Сравнивать поведение частиц в условиях ранней Вселенной с их текущим поведением все равно что сравнивать собственное взаимодействие с паром и жидкой водой. Представьте, что пар — это поле Хиггса, то есть энергетическое поле, присутствующее в каждой точке пространства. А теперь представьте, что в какой-то момент поле Хиггса претерпело изменение, подобное конденсации пара в жидкую воду. Если вы привыкли иметь дело лишь с влажным воздухом, то пребывание в бассейне с водой станет для вас совершенно новым опытом. В результате внезапного изменения поля Хиггса сами законы физики как бы приобрели совершенно иную форму. Внезапно частицы, которые до этого могли беспрепятственно перемещаться в пространстве со скоростью света, замедлились под действием поля Хиггса, то есть обрели массу. Этот процесс получил название «нарушение электрослабой симметрии». Пугливая симметрия Симметрия — это тонкое, абстрактное понятие, чрезвычайно трудно объяснимое без уравнений, но настолько важное для физики, что я не могу просто отмахнуться от него.
Симметрия имеет ключевое значение как для описания существующих, так и для разработки новых теорий природы. Если в ходе размышлений о мире вы привыкли использовать управляющие им математические уравнения, вас, вероятно, не удивит идея описания теорий в терминах симметрий, которым они подчиняются. В противном случае все это может показаться вам сущей тарабарщиной.
Наконец, сначала исследователи рассмотрели более простой случай одинаковых ионов, а потом обобщили результат на случай произвольных зарядов. В результате ученые выяснили, как вероятность рождения электрон-позитронных пар зависит от относительной скорости ионов. Однако при повышении суммарного заряда пары ионов график вероятности начинал резко загибаться вверх при низких значениях энергии, которые отвечали "почти лобовым" столкновениям. Чтобы увидеть это загибание, ученые проверили, как производная вероятности рождения пар зависит от суммарного заряда ионов. Другими словами, при таких зарядах зависимость перестает быть монотонной, в ней появляется минимум. Следовательно, вероятность рождения электрон-позитронной пары при "почти лобовом" столкновении можно использовать как индикатор распада.
При этом ученые подчеркивают, что монопольное приближение, которое использовалось в расчетах, хорошо работает при "почти лобовых" столкновениях. Также ученые отмечают, что предложенную вероятность уже сейчас можно измерить на практике. Процесс, рассмотренный группой Шабаева, отдаленно напоминает распад ложного вакуума, который теоретически обнаружил в 1977 году Сидни Коулмен.
Физики измеряли профили намагниченности системы в зависимости от времени и наблюдали ее пузырьковообразный переход в глобальный минимум по энергии. Времена распадов ложного вакуума в сравнении с теорией инстантонов. Компьютерное моделирование совпало с экспериментальными результатами, что по мнению ученых доказывает наблюдение распада ложного вакуума в истинный.
Между тем не исключено, что Вселенная или ее наблюдаемая часть находится в метастабильном, или ложном, вакууме. Это означает, что существует еще более выгодное энергетическое положение, в которое может эволюционировать Вселенная — истинный вакуум. Количественное описание перехода системы из ложного вакуума в истинный впервые предложили в 1970-х годах советские физики. Почти в то же время эти вопросы привлекли внимание американских ученых. К настоящему времени разработан математический аппарат, позволяющий оценить вероятность туннелирования системы из первоначального, метастабильного состояния во второе, более устойчивое. Во многом он основан на статистической физике и квантовой теории поля, составляющими основу так называемого формализма космологических пузырей. В таком подходе считается, что наблюдаемый мир существует в ложном вакууме. Это состояние, скорее всего, носит метастабильный характер — вся Вселенная или та ее часть, которую видит человек, может находиться в стабильном состоянии огромный по космологическим масштабам промежуток времени, который, однако, конечен. Внутри пузыря ложного вакуума может возникнуть пузырь истинного вакуума. Эволюция Вселенной в этом случае происходит за счет распада первоначального метастабильного состояния.
Физик уточнил скорость распада ложного вакуума
| Физики показали на видео разрушение Вселенной из-за распада вакуума | Если наша Вселенная находится в состоянии ложного вакуума, а не в состоянии истинного вакуума, то распад менее стабильного ложного вакуума на более стабильный истинный вакуум (так называемый распад ложного вакуума) может иметь драматические последствия. |
| Пузыри смерти или Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную | Самым невероятным концом света стало бы уничтожение мира в результате распада ложного вакуума. |
Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную
- Физики показали гибель Вселенной вследствие распада вакуума - ГТРК Удмуртия
- Что произошло в мире науки. Вечерний дайджест
- Конец Вселенной: ученые показали, к чему приведет распад вакуума
- Распад ложного вакуума - False vacuum decay -
Физики из Кембриджского университета впервые смоделировали распад ложного вакуума
В результате распада ложного вакуума огромная энергия, запасенная полем, высвободится — в конечном счете, это выразится в образовании большого числа частиц и приведет к повторному разогреванию Вселенной. Недавно некоторые СМИ сообщили, что ученые впервые наблюдали распад ложного вакуума. В глобальной паутине появился видеоролик, на котором сотрудники научного мира проинформировали о вероятном механизме уничтожения галактик Вселенной, что происходит в результате распада ложного вакуума. Британские физики впервые смогли воспроизвести процесс распада «ложного вакуума» при помощи квантового симулятора.
5 сценариев смерти Вселенной
NP: процесс распада ложного вакуума впервые наблюдали в бозе-конденсатеИзображение: Nature Physics (2024) / дународная группа ученых получила первые экспериментальные доказательства распада ложного вакуума. Результаты исследования. Многие российские СМИ дали новости вроде «Физики увидели распад ложного вакуума». Распад существовавшего тогда ложного вакуума привел к быстро расширяющемуся пространству, заполненному раскаленной материей. Подробнее про распад ложного вакуума можно прочитать в материале "Из пустого в порожнее", а также в новостях "Излучение Хокинга спасло Вселенную от распада ложного вакуума" и "Физик уточнил скорость распада ложного вакуума". Но чтоб ещё и ложный вакуум, и чтобы он ещё и распадался — до такого извращения даже мы не доходили. изучить квазиклассический метод вычисления вероятности распада ложного вакуума с помощью отскокового решения.
Опубликовано видео, показывающее уничтожение Вселенной из-за распада вакуума
| Разрушение пустоты: могут ли физики случайно уничтожить Вселенную | Физики увидели распад ложного вакуума в ферромагнитных сверхтекучих жидкостях. |
| Ученые предрекли гибель Вселенной и в доказательство представили видеоролик | Ученые показали возможный механизм смерти Вселенной в результате распада ложного вакуума. |
Итальянские физики смоделировали и экспериментально подтвердили возможность распада ложного вакуума
Проблема в том, что Вселенная зависит от свойств поля Хиггса в его нынешнем состоянии. Что же может вытолкнуть его из этой впадины? Скорее всего, для этого потребовался бы невероятный объем энергии. Но это также может произойти из-за странного квантового феномена, известного как квантовое туннелирование. Так как квантовые частицы ведут себя волнообразно, есть вероятность, что они могут пройти сквозь препятствие, а не обойти его. Это можно представить как прохождение сквозь впадину, которая удерживает поле Хиггса на его месте.
Космологический горизонт в представлении художника. При нарушении тонкого баланса между квантовыми частицами поле Хиггса вырвалось бы из ложного вакуума, порождая по всей Вселенной эффект домино под названием распад вакуума. Именно в этом случае пузырь распада вакуума распространился бы по всей Вселенной на скорости света. При его прохождении через пространство, все — материя, взаимодействия Вселенной — перестало бы работать и существовать в привычном для нас виде. А что произойдет после этого, невозможно даже вообразить.
Законы физики станут совершенно другими и — более чем вероятно — сделают наше существование невозможным. Возможно, атомы больше не смогут удерживаться в общих структурах, химикалии будут вступать в новые, неизвестные реакции, также произойдут многие другие вещи, которые мы не можем представить. К счастью, эта теория основана на нашем нынешнем понимании Вселенной, которое, мягко говоря, далеко не полное.
Есть гипотеза, что мы живём в ложном, а не истинном вакууме [6]. Стивен Хокинг утверждал, что эксперименты с бозоном Хиггса могут привести к переходу Вселенной из ложного вакуума в истинный [7].
Переход между ложным вакуумом и истинным затруднен из-за высокого энергетического барьера, однако может происходить квантовомеханическое туннелирование из одного состояния в другое.
В результате в ложном вакууме создаются небольшие пузырьки истинного вакуума. Физики впервые наблюдали, как эти пузырьки образуются в квантовой системе, представляющей собой переохлажденный газ, состоящий из изотопов натрия-23 и обладающим свойством сверхтекучей жидкости, при температуре менее одного микрокельвина. Ложный и истинный вакуум в эксперименте представляли собой локальный и глобальный минимумы энергии ферромагнитного атомного конденсата Бозе-Эйнштейна.
Ложный вакуум желтый расширяется вдвое каждые 10-33 секунд. В областях, где он распался синие , образовались вселенные, подобные нашей. Наряду с очень высокой энергией ложный вакуум характеризуется большим отрицательным давлением, которое называют натяжением.
Это то же самое, что растянуть кусок резины: появляется натяжение — сила, направленная внутрь, которая заставляет резину сжиматься. Но самое странное свойство ложного вакуума — это его отталкивающая гравитация. Согласно общей теории относительности Эйнштейна гравитационные силы вызываются не только массой то есть энергией , но также и давлением. Положительное давление вызывает гравитационное притяжение, а отрицательное ведет к отталкиванию. В случае вакуума отталкивающее действие давления превосходит притягивающую силу, связанную с его энергией, и в сумме получается отталкивание. И чем выше энергия вакуума, тем оно сильнее.
А еще ложный вакуум нестабилен и обычно очень быстро распадается, превращаясь в низкоэнергетический вакуум. Избыток энергии идет на порождение огненного сгустка элементарных частиц. Тут важно подчеркнуть, что Алан Гут не изобретал ложный вакуум со столь странными свойствами специально для своей теории. Его существование следует из физики элементарных частиц. Гут просто предположил, что в самом начале истории Вселенной пространство находилось в состоянии ложного вакуума. Почему так случилось?
Хороший вопрос, и тут есть что сказать, но мы вернемся к этому вопросу в конце статьи. А пока предположим вслед за Гутом, что молодая Вселенная была заполнена ложным вакуумом. В таком случае вызываемая им отталкивающая гравитация привела бы к очень быстрому ускоряющемуся расширению Вселенной. При таком типе расширения, который Гут назвал инфляцией, существует характерное время удвоения, за которое размер Вселенной увеличивается в два раза. Это похоже на инфляцию в экономике: если ее темпы постоянны, то цены удваиваются, скажем, за 10 лет. Космологическая инфляция идет намного быстрее, с такой скоростью, что за малую долю секунды крошечная область поперечником меньше атома раздувается до размеров, превышающих наблюдаемую сегодня часть Вселенной.
Поскольку ложный вакуум нестабилен, он в итоге распадется, порождая огненный сгусток, и на этом инфляция заканчивается. Распад ложного вакуума играет в этой теории роль Большого взрыва. С этого момента Вселенная развивается в соответствии с представлениями стандартной космологии Большого взрыва. Высокая температура возникает из-за высокой энергии ложного вакуума. Расширение связано с отталкивающей гравитацией, которая заставляет ложный вакуум расширяться, а огненный сгусток продолжает расширяться по инерции. Вселенная однородна потому, что ложный вакуум везде имеет строго одинаковую плотность энергии за исключением малых неоднородностей, которые связаны с квантовыми флуктуациями в ложном вакууме.
Когда теория инфляции впервые была обнародована, ее восприняли лишь как умозрительную гипотезу. Но теперь, спустя 28 лет, она получила впечатляющие наблюдательные подтверждения, большинство из которых связано с космическим фоновым излучением. Спутник WMAP построил карту интенсивности излучения для всего неба и обнаружил, что видимый на ней пятнистый узор находится в безупречном согласии с теорией. С появлением теории инфляции Большой взрыв перестал быть единственным уникальным событием. Согласно ей вселенные возникают и расширяются, как пузырьки в бокале шампанского. И таких «бокалов» может быть множество.
Согласно общей теории относительности Эйнштейна пространство может быть искривлено, однако теория инфляции предсказывает, что наблюдаемая нами область Вселенной должна с высокой точностью описываться плоской, евклидовой, геометрией. Вообразите искривленную поверхность сферы. Теперь мысленно увеличьте эту поверхность в огромное число раз. Это как раз то, что случилось со Вселенной во время инфляции. Нам видна лишь крошечная часть этой огромной сферы. И она кажется плоской точно так же, как Земля, когда мы рассматриваем небольшой ее участок.
То, что геометрия Вселенной плоская, было проверено путем измерения углов гигантского треугольника размером почти до космического горизонта. Их сумма составила 180 градусов, как и должно быть при плоской, евклидовой, геометрии. Теперь, когда данные, полученные в наблюдаемой нами области Вселенной, подтвердили теорию инфляции, можно в какой-то степени доверять тому, что она говорит нам о регионах, недоступных для наблюдения. Это возвращает нас к вопросу, с которого мы начали: что лежит за нашим космическим горизонтом? То там, то здесь в ее толще случаются «большие взрывы», в которых распадается ложный вакуум и возникает область космоса, подобная нашей. Но инфляция никогда не закончится полностью, во всей Вселенной.
Дело в том, что распад вакуума — вероятностный процесс, и в разных областях он случается в разное время. Выходит, Большой взрыв не был уникальным событием в нашем прошлом. Множество «взрывов» случилось прежде и несчетное число еще произойдет в будущем. Этот никогда не кончающийся процесс называется вечной инфляцией. Можно попробовать представить, как бы выглядела инфлирующая Вселенная, если взглянуть на нее со стороны. Пространство было бы заполнено ложным вакуумом и очень быстро расширялось во все стороны.
Распад ложного вакуума похож на закипание воды.
Распад ложного вакуума
Впервые такой "распад нейтрального вакуума" в 1969 году теоретически обнаружили Семен Герштейн и Яков Зельдович. К сожалению, на практике распад нейтрального вакуума увидеть до сих пор не удалось. Поэтому до сих пор физики не смогли проверить на практике предсказания теоретиков. Тем не менее, группа ученых под руководством Владимира Шабаева придумала способ, с помощью которого можно очистить позитроны, сопровождающие распад вакуума, от фоновых загрязнений. Для этого физики заметили, что вероятность рождения электрон-позитронных пар хитрым образом зависит от скорости ионов перед столкновением. Другими словами, исследователи рассмотрели столкновение двух ионов с заданными зарядами, численно рассчитали вероятность образования электрон-позитронных пар и нашли параметр распределения, который принимает разные значения в случаях, когда суммарный заряд ионов меньше или больше критического заряда. Поскольку рассчитать вероятность рождения электрон-позитронных пар на фоне движущихся ионов очень сложно даже численно, ученые сделали несколько приближений. Во-первых, ученые рассматривали столкновение ионов как классическое рассеяние Резерфорда , в ходе которого ионы приближаются друг к другу на заранее известное минимальное расстояние, отталкиваются и снова разлетаются на бесконечность. При этом энергия столкновений ограничена снизу энергией "лобового" столкновения, что, в свою очередь, накладывает ограничения на скорость ионов.
К настоящему времени разработан математический аппарат, позволяющий оценить вероятность туннелирования системы из первоначального, метастабильного состояния во второе, более устойчивое. Во многом он основан на статистической физике и квантовой теории поля, составляющими основу так называемого формализма космологических пузырей. В таком подходе считается, что наблюдаемый мир существует в ложном вакууме. Это состояние, скорее всего, носит метастабильный характер — вся Вселенная или та ее часть, которую видит человек, может находиться в стабильном состоянии огромный по космологическим масштабам промежуток времени, который, однако, конечен. Внутри пузыря ложного вакуума может возникнуть пузырь истинного вакуума. Эволюция Вселенной в этом случае происходит за счет распада первоначального метастабильного состояния. Пузырь истинного вакуума расширяется внутри пузыря ложного вакуума в соответствии со специальной теорией относительности, не быстрее скорости света, и уничтожает всю материю первоначального мира. Поэтому и говорят о возможной гибели наблюдаемой Вселенной. Однако количественный анализ распада ложного вакуума сопряжен с большой неопределенностью. Есть два основных подхода, позволяющих максимально упростить задачу и получить явные выражения для вероятности перехода — приближения тонкой и толстой стенок.
Главный редактор Панина Елена Валерьевна. Редактор сайта Кузнецов Николай Владимирович. Для детей старше 16 лет.
Один кандидат в экзопланету находится на круговой орбите вокруг своего карлика с радиусом 34,62 астрономической единицы и периодом 243 года, его масса оценивается в 1-2 массы Юпитера. Второй характеризуется массой 1-7 масс Юпитера и находится на круговой орбите с радиусом 11,47 астрономической единицы и периодом 50 лет. Если открытия подтвердятся, то это будут самые старые на сегодня известные экзопланеты, наблюдавшиеся напрямую. Это также продемонстрирует, что планеты-гиганты на широких орбитах могут пережить финальные этапы эволюции звезд. Он опосредованно активирует белок Drp1, отвечающий за деление митохондрий. Среди прочих вопросов остается неизвестным и тот, почему при ожирении повышается экспрессия RalA. В будущем потребуется детальнее изучить регуляцию энергетического гомеостаза организма осью RalA—Drp1, это может стать перспективной мишенью при терапии метаболических расстройств.
Ложный вакуум - Как пустота может уничтожить Вселенную в любую секунду
Однако существует и некоторый скептицизм относительно того, что такие процессы действительно могут инициировать распад вакуума. Британские физики впервые смогли воспроизвести процесс распада «ложного вакуума» при помощи квантового симулятора. Британские физики впервые смогли воспроизвести процесс распада «ложного вакуума» при помощи квантового симулятора. Если все пути распада ведут к очень массивным частицам, энергетический барьер такого распада может привести к образованию стабильного пузыря ложного вакуума (также известного как шар Ферми), окружающего частицу ложного вакуума. При нарушении тонкого баланса между квантовыми частицами поле Хиггса вырвалось бы из ложного вакуума, порождая по всей Вселенной эффект домино под названием распад вакуума.
VISTA рекомендует
- Открытие распада ложного вакуума: ученые получили доказательства | 24.01.2024 | Capital Sport
- Видео: смерть Вселенной из-за распада вакуума - RW Space
- Новости дня
- Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную
- Распад вакуума уничтожит Вселенную
Распад ложного вакуума
Важно отметить, что существует также энергия, связанная с отсутствием возбуждений в квантовом поле — так называемая энергия нулевой точки, которая обычно, все же, не равна нулю. Знаменитым примером влияния этой нулевой энергии является эффект Казимира, когда две металлические пластины, разделенные чрезвычайно маленьким зазором, притягиваются друг к другу за счет разницы в «давлении» вакуума между пластинами, и «давлении» на их внешних сторонах. Нулевые точки большинства известных квантовых полей оставались постоянными с тех пор, как впервые разделились вместе с фундаментальными силами в остывающей молодой Вселенной. Эти поля называются стабильными, поскольку их нулевые точки не могут стать другими. Однако есть некоторые признаки того, что для одного из полей это может быть вовсе не так. Поле Хиггса Существование поля Хиггса было подтверждено открытием связанной с ним частицы, бозона Хиггса, в 2012 году. Оно связано с массой частиц. Условно говоря, массу можно рассматривать как «заряд» по отношению к полю Хиггса так же, как электрический заряд связан с электромагнитным полем. Хотя энергия нулевой точки большинства полей не равна нулю, ее обычно можно безопасно игнорировать и рассматривать как нулевую в процессе, называемом перенормировкой.
Однако для поля Хиггса это невозможно. Некоторые считают этот факт признаком того, что поле Хиггса не является стабильным, как другие квантовые поля. А на самом деле оно просто метастабильно. То есть при фазовом переходе, который привел к отделению поля Хиггса, оно застряло со своей псевдонулевой энергией на локальном энергетическом минимуме. А не на истинном глобальном минимуме. Это похоже на то, как мяч, катящийся с холма, зацепляется за выступ, вместо того, чтобы пролететь полностью весь склон. То есть мяч этот условно стабилен. Но имеет запас потенциальной энергии, не равный нулю относительно подножия холма.
Таким образом, поле Хиггса демонстрирует ложный вакуум. То есть оно еще не заняло свою истинную точку с нулевой энергией. Точно так же, как требуется добавление энергии, чтобы сдвинуть мяч с уступа и позволить ему скатиться в долину, например, от удара ногой, может получить толчок энергии и поле Хиггса.
Такой переход обычно осложнен высоким энергетическим барьером, но возможен благодаря квантовомеханическому туннелированию, в результате которого в ложном вакууме появляются пузырьки истинного вакуума. Эксперимент был проведен с использованием переохлажденного газа изотопов натрия-23, который при температуре менее одного микрокельвина обретает свойства сверхтекучей жидкости.
В эксперименте ученые использовали ферромагнитный атомный конденсат Бозе-Эйнштейна, где ложный и истинный вакуум соответствовали локальному и глобальному минимумам энергии. Результаты наблюдений согласуются с численными моделями и подтверждают квантово-механическую природу распада, демонстрируя, что атомные сверхтекучие жидкости являются идеальным инструментом для исследования явлений неравновесного квантового поля.
Времена распадов ложного вакуума в сравнении с теорией инстантонов. Компьютерное моделирование совпало с экспериментальными результатами, что по мнению ученых доказывает наблюдение распада ложного вакуума в истинный. Физики отмечают, что предложенный ими метод позволит подробнее изучить распад ложного вакуума квантовых состояний.
В эксперименте ученые использовали ферромагнитный атомный конденсат Бозе-Эйнштейна, где ложный и истинный вакуум соответствовали локальному и глобальному минимумам энергии. Результаты наблюдений согласуются с численными моделями и подтверждают квантово-механическую природу распада, демонстрируя, что атомные сверхтекучие жидкости являются идеальным инструментом для исследования явлений неравновесного квантового поля. Бозе-конденсат — это особое состояние материи, возникающее при охлаждении бозонов почти до абсолютного нуля.
В таких условиях бозоны занимают одно и то же основное квантовое состояние, ведя себя как единая «размытая» частица.